DE102021120389A1 - SEMICONDUCTOR PACKAGE AND METHOD TO MAKE THESE - Google Patents
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- H01L25/105—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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- H01L2224/08151—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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- H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/16237—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bonding area disposed in a recess of the surface of the item
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
- H01L2224/48229—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item the bond pad protruding from the surface of the item
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
- H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
- H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
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- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
- H01L2225/0651—Wire or wire-like electrical connections from device to substrate
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- H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
- H01L2225/06541—Conductive via connections through the device, e.g. vertical interconnects, through silicon via [TSV]
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- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
- H01L2225/06548—Conductive via connections through the substrate, container, or encapsulation
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- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers
- H01L2225/1005—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
- H01L2225/1017—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support
- H01L2225/1023—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support the support being an insulating substrate
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- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers
- H01L2225/1005—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
- H01L2225/1017—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support
- H01L2225/1035—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support the device being entirely enclosed by the support, e.g. high-density interconnect [HDI]
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- H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers
- H01L2225/1005—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
- H01L2225/1041—Special adaptations for top connections of the lowermost container, e.g. redistribution layer, integral interposer
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- H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers
- H01L2225/1005—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
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Abstract
Gepackte Halbleitervorrichtungen, die Formmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfassen, und Verfahren, um diese zu bilden, werden offenbart. In einer Ausführungsform umfasst eine Halbleitervorrichtung eine erste Umverteilungsstruktur; einen ersten Die, der sich über der ersten Umverteilungsstruktur befindet und mit dieser elektrisch gekoppelt ist; eine erste Durchkontaktierung, das sich über der ersten Umverteilungsstruktur befindet und mit dieser elektrisch gekoppelt ist; eine Isolierschicht, die sich entlang der ersten Umverteilungsstruktur, des ersten Dies und der ersten Durchkontaktierung erstreckt; und ein Verkapselungsmaterial über der Isolierschicht, wobei das Verkapselungsmaterial Abschnitte der ersten Durchkontaktierung und des ersten Dies umschließt, wobei das Verkapselungsmaterial leitfähige Füllmaterialien in einer Konzentration im Bereich von 70 bis etwa 95 Vol-% umfasst.Packaged semiconductor devices comprising high thermal conductivity molding material and methods of forming the same are disclosed. In one embodiment, a semiconductor device includes a first redistribution structure; a first die overlying and electrically coupled to the first redistribution structure; a first via located over and electrically coupled to the first redistribution structure; an insulating layer extending along the first redistribution structure, the first die, and the first via; and an encapsulation material over the insulating layer, the encapsulation material enclosing portions of the first via and the first die, the encapsulation material including conductive fillers in a concentration ranging from 70% to about 95% by volume.
Description
PRIORITÄTSANSPRUCH UND QUERVERWEISPRIORITY CLAIM AND CROSS-REFERENCE
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der am 26. März 2021 eingereichten vorläufigen
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Halbleiterindustrie ist durch andauernde Verbesserungen in der Integrationsdichte einer Vielzahl elektronischer Komponenten (z. B. Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren oder dergleichen) schnell gewachsen. Größtenteils entstammt die Verbesserung der Integrationsdichte der iterativen Verringerung der Mindestelementgröße, wodurch mehr Komponenten in einem bestimmten Bereich integriert werden können. Mit steigendem Bedarf an schrumpfenden elektronischen Vorrichtungen ist es zu einem Bedarf an kleineren und kreativeren Packagetechniken für Halbleiterdies gekommen. Ein Beispiel für solche Packagesysteme ist die „Package-on-Package“-Technologie (PoP-Technologie). In einer PoP-Vorrichtung wird ein oberes Halbleiterpackage auf einem unteren Halbleiterpackage gestapelt, um eine hohe Ebene von Integration und Komponentendichte bereitzustellen. Die PoP-Technologie ermöglicht allgemein die Produktion der Halbleitervorrichtungen mit verbesserten Funktionen und kleinen Grundflächen auf einer Platine (PCB).The semiconductor industry has grown rapidly with continued improvements in the integration density of a variety of electronic components (e.g., transistors, diodes, resistors, capacitors, or the like). Much of the improvement in integration density comes from iteratively reducing the minimum element size, allowing more components to be integrated in a given area. As the need for shrinking electronic devices has increased, so has the need for smaller and more creative packaging techniques for semiconductor dies. An example of such package systems is “package-on-package” (PoP) technology. In a PoP device, an upper semiconductor package is stacked on a lower semiconductor package to provide a high level of integration and component density. The PoP technology generally enables the production of the semiconductor devices with enhanced functions and small footprints on a printed circuit board (PCB).
Figurenlistecharacter list
- Aspekte dieser Offenbarung sind am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zu verstehen, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es ist zu beachten, dass nach der branchenüblichen Praxis verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.Aspects of this disclosure are best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying figures. It should be noted that, in accordance with standard industry practice, various elements are not drawn to scale. In fact, the dimensions of the various elements may be arbitrarily increased or decreased for the sake of clarity of explanation.
-
1 bis25 illustrieren Querschnittsansichten von Zwischenschritten während Prozessen zum Bilden von Packagekomponenten nach einigen Ausführungsformen.1 until25 12 illustrate cross-sectional views of intermediate steps during processes of forming package components, according to some embodiments.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Umsetzung verschiedener Elemente der Erfindung bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachfolgend beschrieben, um diese Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele, die nicht als einschränkend zu verstehen sind. Beispielsweise kann das Bilden eines ersten Elements oder eines zweiten Elements in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt gebildet sind, und es kann außerdem Ausführungsformen umfassen, in denen weitere Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element gebildet sein können, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Weiterhin kann diese Offenbarung Referenzziffern und/oder -buchstaben der verschiedenen Beispiele wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und diktiert nicht für sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Einrichtungen.The following disclosure provides many different embodiments or examples for practicing various elements of the invention. Specific examples of components and arrangements are described below to simplify this disclosure. These are, of course, only examples and should not be construed as limiting. For example, forming a first member or a second member in the following description may include embodiments where the first and second members are formed in face-to-face contact, and may also include embodiments where other members are between the first and second members can be formed so that the first and second elements need not be in direct contact. Furthermore, this disclosure may repeat reference numbers and/or letters of the various examples. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and does not in itself dictate a relationship between the various embodiments and/or devices discussed.
Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „darunter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und dergleichen hierin für eine einfachere Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Elements zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie in den Figuren illustriert zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung in der Verwendung oder im Betrieb umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Ausrichtung) und die räumlich relativen Bezeichnungen, die hierin verwendet werden, können ebenfalls entsprechend ausgelegt werden.Furthermore, spatially relative terms such as "beneath", "below", "lower", "above", "upper" and the like may be used herein for ease of description to indicate the relationship of one element or elements to one or more other element(s). ) or feature(s) as illustrated in the figures. The spatially relative terms are intended to encompass different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or in a different orientation) and the spatially relative terms used herein shall be construed accordingly.
Verschiedene Ausführungsformen stellen gepackte Halbleitervorrichtungen mit verbesserter Wärmeableitung und Verfahren bereit, um diese zu Bilden. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Interconnect-Struktur, das Bilden einer Durchkontaktierung über der Interconnect-Struktur und das Befestigen eines Halbleiterdies an der Interconnect-Struktur. Eine Isolierschicht wird über der Interconnect-Struktur, der Durchkontaktierung und dem Halbleiterdie gebildet, und ein Formmaterial wird über der Isolierschicht gebildet. Die Isolierschicht kann elektrisch isolierend sein und die Durchkontaktierung und alle belichteten leitfähigen Elemente der Interconnect-Struktur und des Halbleiterdies voneinander isolieren. Dadurch können elektrisch leitfähige Materialien für das Formmaterial verwendet werden. Die Isolierschicht kann auch die Spannung zwischen dem Formmaterial und den darunter liegenden Strukturen verringern, sodass Materialien mit höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten für das Formmaterial verwendet werden können. Die höhere Flexibilität bei der Auswahl der Materialien für das Formmaterial ermöglicht die Verwendung von Materialien mit höheren Wärmeleitfähigkeiten für das Formmaterial. Dies wiederum verbessert die Wärmeableitung, verbessert die Qualität der Vorrichtungen, erhöht die Vorrichtungsleistung und verringert die Defekte der Vorrichtungen.Various embodiments provide packaged semiconductor devices with improved heat dissipation and methods of forming the same. The method includes forming an interconnect structure, forming a via over the interconnect structure, and attaching a semiconductor die to the interconnect structure. An insulating layer is formed over the interconnect structure, via and semiconductor die, and a molding material is formed over the insulating layer. The insulating layer may be electrically insulating and may isolate the via and any exposed conductive elements of the interconnect structure and semiconductor die from each other. As a result, electrically conductive materials can be used for the mold material. The insulating layer can also reduce the stress between the molding material and the underlying structures, allowing materials with higher coefficients of thermal expansion to be used for the molding material. The greater flexibility in choosing materials for the mold material allows the use of materials with higher thermal conductivities for the mold material. This in turn improves warmth dissipation, improves the quality of the devices, increases the device performance and reduces the defects of the devices.
Der integrierte Schaltungsdie 50 kann in einem Wafer gebildet werden, der verschiedene Vorrichtungsregionen umfassen kann, die in nachfolgenden Schritten vereinzelt werden, um mehrere integrierte Schaltungsdies zu bilden. Der integrierte Schaltungsdie 50 kann den anwendbaren Herstellungsprozessen entsprechend zu integrierten Schaltungen verarbeitet werden. Der integrierte Schaltungsdie 50 umfasst beispielsweise ein Halbleitersubstrat 52, wie etwa Silizium, dotiert oder undotiert, oder eine aktive Schicht eines Halbleiter-auf-Isolator-Substrats (SOI-Substrat). Das Halbleitersubstrat 52 kann andere Halbleitermaterialien umfassen, wie etwa Germanium; einen Verbundhalbleiter wie etwa Siliziumkarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter, wie etwa SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP; oder Kombinationen daraus. Andere Substrate, wie etwa mehrschichtige oder Gefällesubstrate, können ebenfalls verwendet werden. Das Halbleitersubstrat 52 weist eine aktive Fläche (z. B. die in
Auf der aktiven Fläche des Halbleitersubstrats 52 können Vorrichtungen 54 (dargestellt durch einen Transistor) gebildet sein. Bei den Vorrichtungen 54 kann es sich um aktive Vorrichtungen (z. B. Transistoren, Dioden oder dergleichen), Kondensatoren, Widerstände oder dergleichen handeln. Ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD) 56 befindet sich über der aktiven Fläche des Halbleitersubstrats 52. Das ILD 56 umschließt die Vorrichtungen 54 und kann sie abdecken. Das ILD 56 kann eine oder mehrere Dielektrikumschichten umfassen, die aus Materialien wie Phosphorsilikatglas (PSG), Borsilikatglas (BSG), bordotiertem Phosphorsilikatglas (BPSG), undotiertem Silikatglas (USG) oder dergleichen gebildet sind.Devices 54 (represented by a transistor) may be formed on the active area of the
Leitfähige Stecker 58 erstrecken sich durch die ILD 56, um die Vorrichtungen 54 elektrisch und physisch zu verbinden. Wenn die Vorrichtungen 54 beispielsweise Transistoren sind, können die leitfähigen Stecker 58 die Gate- und Source/Drainregionen der Transistoren miteinander verbinden. Die leitfähigen Stecker 58 können aus Wolfram, Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder ähnlichen Materialien oder aus Kombinationen davon gebildet sein. Eine Interconnect-Struktur 60 befindet sich über dem ILD 56 und den leitfähigen Steckern 58. Die Interconnect-Struktur 60 verbindet die Vorrichtungen 54 miteinander, um eine integrierte Schaltung zu bilden. Die Interconnect-Struktur 60 kann beispielsweise durch Metallisierungsstrukturen in Dielektrikumschichten auf der ILD 56 gebildet sein. Die Metallisierungsstrukturen umfassen Metallleitungen und Durchkontaktierungen, die in einer oder mehreren Dielektrikumschichten mit niedrigem K-Wert gebildet sind. Die Metallisierungsstrukturen der Interconnect-Struktur 60 sind über die leitfähigen Stecker 58 elektrisch mit den Vorrichtungen 54 verbunden.
Der integrierte Schaltungsdie 50 umfasst ferner Pads 62, wie etwa Aluminiumpads, an denen externe Verbindungen hergestellt werden. Die Pads 62 befinden sich auf der aktiven Seite des integrierten Schaltungsdies 50, wie etwa in und/oder auf der Interconnect-Struktur 60. Ein oder mehrere Passivierungsfilme 64 befinden sich auf dem integrierten Schaltungsdie 50, wie etwa an Abschnitten der Interconnect-Struktur 60 und der Pads 62. Öffnungen erstrecken sich durch die Passivierungsfilme 64 zu den Pads 62. Dieverbinder 66, wie etwa leitfähige Säulen (die beispielsweise aus einem Metall wie Kupfer gebildet sind), erstrecken sich durch die Öffnungen in den Passivierungsfilmen 64 und sind physisch und elektrisch mit den jeweiligen Pads 62 verbunden. Die Dieverbinder 66 können beispielsweise durch Plattieren oder dergleichen gebildet werden. Die Dieverbinder 66 koppeln elektrisch die jeweiligen integrierten Schaltungen des integrierten Schaltungsdies 50.The integrated circuit die 50 also includes
Optional können Lötregionen (z. B. Lotkugeln oder Lötbumps) auf den Pads 62 angeordnet sein. Die Lotkugeln können zur Ausführung von Chip-Probe-Prüfungen (CP-Prüfungen) auf dem integrierten Schaltungsdie 50 verwendet werden. Eine CP-Prüfung des integrierten Schaltungsdies 50 kann ausgeführt werden, um festzustellen, ob der integrierte Schaltungsdie 50 ein bekannter guter Die (KGD) ist. So werden nur die integrierten Schaltungsdies 50, die KGDs sind, weiterverarbeitet und gepackt, während die Dies, die die CP-Prüfung nicht bestehen, nicht gepackt werden. Nach der Prüfung können die Lötregionen in Weiterverarbeitungsschritten entfernt werden.Optionally, solder regions (e.g., solder balls or solder bumps) may be disposed on the
Eine Dielektrikumschicht 68 kann sich auf der aktiven Seite des integrierten Schaltungsdies 50 befinden (oder auch nicht), wie etwa auf den Passivierungsfilmen 64 und den Dieverbindern 66. Die Dielektrikumschicht 68 verkapselt seitlich die Dieverbinder 66 und die Dielektrikumschicht 68 endet seitlich zusammen mit dem jeweiligen integrierten Schaltungsdie 50. Zunächst kann die Dielektrikumschicht 68 die Dieverbinder 66 verdecken, sodass die oberste Fläche der Dielektrikumschicht 68 über den obersten Flächen der Dieverbinder 66 liegt. In einigen Ausführungsformen, in denen Lötregionen auf den Dieverbindern 66 angeordnet sind, kann die Dielektrikumschicht 68 auch die Lötregionen verdecken. Alternativ dazu kann die Lötregionen vor dem Bilden der Dielektrikumschicht 68 entfernt werden.A
Die Dielektrikumschicht 68 kann ein Polymer wie Polybenzoxazol (PBO), Polyimid, Benzocyclobuten (BCB) oder dergleichen, ein Nitrid wie Siliziumnitrid oder dergleichen, ein Oxid wie Siliziumoxid, Phosphorsilikatglas (PSG), Borsilikatglas (BSG), bordotiertes Phosphorsilikatglas (BPSG) oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. Die Dielektrikumschicht 68 kann beispielsweise durch Spin-Coating, Laminierung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder dergleichen gebildet werden. In einigen Ausführungsformen werden die Dieverbinder 66 während des Bildens des integrierten Schaltungsdies 50 durch die Dielektrikumschicht 68 hindurch belichtet. In einigen Ausführungsformen bleiben die Dieverbinder 66 verdeckt und werden während eines nachfolgenden Prozesses zum Packen des integrierten Schaltungsdies 50 belichtet. Durch das Belichten der Dieverbinder 66 können eventuell vorhandene Lötregionen auf den Dieverbindern 66 entfernt werden.The
In einigen Ausführungsformen ist der integrierte Schaltungsdie 50 eine gestapelte Vorrichtung, das mehrere Halbleitersubstrate 52 umfasst. Der integrierte Schaltungsdie 50 kann beispielsweise eine Speichervorrichtung sein, wie ein hybrides Speicherwürfelmodul (HMC-Modul), ein High-Bandwidth-Memory-Modul (HBM-Modul) oder dergleichen, das mehrere Speicherdies umfasst. In solchen Ausführungsformen umfasst der integrierte Schaltungsdie 50 mehrere Halbleitersubstrate 52, die durch Substratdurchkontaktierungen (TSVs) miteinander verbunden sind (auch als Siliziumdurchkontaktierungen bezeichnet). Jedes der Halbleitersubstrate 52 kann (muss aber nicht) eine Interconnect-Struktur 60 aufweisen.In some embodiments, integrated circuit die 50 is a stacked device that includes
Die
Die Trennschicht 104 kann aus einem polymerbasierten Material gebildet sein, das zusammen mit dem Trägersubstrat 102 von den darüberliegenden Strukturen entfernt werden kann, die in nachfolgenden Schritten gebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Trennschicht 104 ein epoxidbasiertes Wärmetrennmaterial, das seine Klebeeigenschaften verliert, wenn es erhitzt wird, wie etwa eine Licht-Wärme-Konvertierungs-Trennbeschichtungen (LTHC-Trennbeschichtung). In anderen Ausführungsformen kann die Trennschicht 104 ein Ultraviolettkleber (UV-Kleber) sein, der seine Klebeeigenschaften verliert, wenn er mit UV-Licht belichtet wird. Die Trennschicht 104 kann als Flüssigkeit aufgebracht und gehärtet werden, kann ein Laminatfilm sein, der auf das Trägersubstrat 102 laminiert wird, oder dergleichen. Die obere Fläche der Trennschicht 104 kann planarisiert werden und einen hohen Grad an Planarität aufweisen.The
In
Die Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 kann durch Abscheiden der Dielektrikumschicht 106 auf die Trennschicht 104 gebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dielektrikumschicht 106 aus einem lichtempfindlichen Material wie PBO, Polyimid, BCB oder dergleichen gebildet sein, das mit einer Lithografiemaske strukturiert werden kann. Die Dielektrikumschicht 106 kann durch Spin-Coating, Laminierung, CVD, dergleichen oder einer Kombination daraus gebildet werden.The front
Die Metallisierungsstruktur 108 wird auf der Dielektrikumschicht 106 gebildet. Die Metallisierungsstruktur 108 kann durch Bilden einer Seed-Schicht (nicht separat illustriert) über der Dielektrikumschicht 106 gebildet werden. Die Seed-Schicht kann eine Metallschicht sein, die eine einzelne Schicht oder eine zusammengesetzte Schicht sein kann, die mehrere Zwischenschichten umfasst, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein können. In einigen Ausführungsformen umfasst die Seed-Schicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Seed-Schicht kann durch physische Gasphasenabscheidung (PVD) oder dergleichen Weise abgeschieden werden. Ein Fotolack wird auf der Seed-Schicht gebildet und strukturiert. Der Fotolack kann durch Spin-Coating oder dergleichen gebildet werden und kann zum Strukturieren belichtet werden. Die Struktur des Fotolacks entspricht der Metallisierungsstruktur 108. Das Strukturieren bildet Öffnungen durch den Fotolack zum Belichten der Seed-Schicht. Ein leitfähiges Material wird in den Öffnungen des Fotolack und an den belichteten Abschnitten der Seed-Schicht gebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren, (z. B. Elektroplattieren oder elektroloses Plattieren) oder dergleichen gebildet werden. Das leitfähige Material kann ein Metall umfassen, wie etwa Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen. Die Kombination des leitfähigen Materials und der darunterliegenden Abschnitte der Seed-Schicht bilden die Metallisierungsstruktur 108. Der Fotolack und Abschnitte der Seed-Schicht, auf der das leitfähige Material nicht gebildet wird, werden entfernt. Der Fotolack kann durch einen annehmbaren Aschen- oder Stripping-Prozess entfernt werden, wie etwa durch Verwendung von Sauerstoffplasma oder dergleichen. Wenn der Fotolack entfernt wird, werden belichtete Abschnitte der Seed-Schicht durch Verwendung eines annehmbaren Ätzprozesses, wie etwa durch Nass- oder Trockenätzen, entfernt.The
Die Dielektrikumschicht 110 wird auf die Metallisierungsstruktur 108 und die Dielektrikumschicht 106 abgeschieden. Die Dielektrikumschicht 110 kann aus den gleichen oder ähnlichen Materialien wie die Dielektrikumschicht 106 gebildet werden. Durch die Dielektrikumschicht 110 können Öffnungen strukturiert werden, um die darunter liegende Metallisierungsstruktur 108 zu belichten. Die Öffnungen können mit einem akzeptablen Prozess durch die Dielektrikumschicht 110 hindurch strukturiert werden. In Ausführungsformen, in denen die Dielektrikumschicht 110 ein lichtempfindliches Material umfasst, kann die Dielektrikumschicht 110 mit einer strukturierten Energiequelle (z. B. einer strukturierten Lichtquelle) belichtet und entwickelt werden, um die Öffnungen zu bilden, die sich durch die Dielektrikumschicht 110 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann eine strukturierte Maske über der Dielektrikumschicht 110 gebildet sein, und die Dielektrikumschicht 110 kann durch die strukturierte Maske hindurch strukturiert werden, indem ein Ätzprozess, wie z. B. ein anisotropes Ätzen, verwendet wird, um die Öffnungen zu bilden, die sich durch die Dielektrikumschicht 110 hindurch erstrecken.The
Die Metallisierungsstruktur 112 wird auf der Dielektrikumschicht 110 und der Metallisierungsstruktur 108 gebildet. Die Metallisierungsstruktur 112 umfasst Abschnitte auf und entlang einer oberen Fläche der Dielektrikumschicht 110 (z. B. Leiterbahnen) und Abschnitte, die sich durch die Dielektrikumschicht 110 erstrecken (z. B. leitfähige Durchkontaktierungen). Die Abschnitte der Metallisierungsstruktur 112, die sich durch die Dielektrikumschicht 110 hindurch erstrecken, können mit der Metallisierungsstruktur 108 elektrisch gekoppelt sein und physisch in Kontakt damit stehen. Die Metallisierungsstruktur 112 kann aus den gleichen Materialien und auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Metallisierungsstruktur 108 gebildet sein. In einigen Ausführungsformen weist die Metallisierungsstruktur 112 eine andere Größe auf als die Metallisierungsstruktur 108. Beispielsweise können die Leiterbahnen und/oder die leitfähigen Durchkontaktierungen der Metallisierungsstruktur 112 breiter oder dicker sein als die Leiterbahnen der Metallisierungsstruktur 108. Ferner kann die Metallisierungsstruktur 112 mit einem grloeren Abstand gebildet sein als die Metallisierungsstruktur 108.The
Die Dielektrikumschicht 114 wird auf die Metallisierungsstruktur 112 und die Dielektrikumschicht 110 abgeschieden. Die Dielektrikumschicht 114 kann strukturiert werden, um die Metallisierungsstruktur 112 zu belichten. Die Dielektrikumschicht 114 kann aus Materialien gebildet sein, die auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Dielektrikumschicht 110 gebildet und strukturiert sind.The
Die Metallisierungsstruktur 116 wird auf der Dielektrikumschicht 114 und der Metallisierungsstruktur 112 gebildet. Die Metallisierungsstruktur 116 umfasst Abschnitte auf und entlang einer oberen Fläche der Dielektrikumschicht 114 (z. B. Leiterbahnen) und Abschnitte, die sich durch die Dielektrikumschicht 114 erstrecken (z. B. leitfähige Durchkontaktierungen). Die Abschnitte der Metallisierungsstruktur 116, die sich durch die Dielektrikumschicht 114 hindurch erstrecken, können mit der Metallisierungsstruktur 112 elektrisch gekoppelt sein und physisch in Kontakt damit stehen. Die Metallisierungsstruktur 116 kann aus den gleichen Materialien und auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Metallisierungsstruktur 108 gebildet sein. In einigen Ausführungsformen weist die Metallisierungsstruktur 116 eine andere Größe auf als die Metallisierungsstruktur 108 und die Metallisierungsstruktur 112. Beispielsweise können die Leiterbahnen und/oder die leitfähigen Durchkontaktierungen der Metallisierungsstruktur 116 breiter oder dicker sein als die Leiterbahnen und/oder die leitfähigen Durchkontaktierungen der Metallisierungsstruktur 108 und der Metallisierungsstruktur 112. Ferner kann die Metallisierungsstruktur 116 in einem größeren Abstand als die Metallisierungsstruktur 108 und die Metallisierungsstruktur 112 gebildet sein.The
Die Dielektrikumschicht 118 wird auf die Metallisierungsstruktur 116 und die Dielektrikumschicht 114 abgeschieden. Die Dielektrikumschicht 118 kann so strukturiert sein, dass Öffnungen entstehen, die die Metallisierungsstruktur 116 belichten. Die Dielektrikumschicht 118 kann aus Materialien gebildet sein, die auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Dielektrikumschicht 110 gebildet und strukturiert sind.The
Die Metallisierungsstruktur 120 wird in den Öffnungen gebildet, die sich durch die Dielektrikumschicht 118 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann die Metallisierungsstruktur 120 auf der Dielektrikumschicht 118 und der Metallisierungsstruktur 116 gebildet sein. Die Metallisierungsstruktur 120 kann aus den gleichen Materialien und auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Metallisierungsstruktur 108 gebildet sein. Nach dem Bilden der Metallisierungsstruktur 120 kann ein Planarisierungsprozess auf der Metallisierungsstruktur 120 ausgeführt werden, um die oberen Flächen der Metallisierungsstruktur 120 mit den oberen Flächen der Dielektrikumschicht 118 abzugleichen. Der Planarisierungsprozess kann ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP), ein Schleifprozess oder dergleichen sein. Die Metallisierungsstruktur 120 kann leitfähige Pads 120A, auf denen nachfolgend Durchkontaktierungen (wie die Durchkontaktierungen 126, die weiter unten mit Verweis auf
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Auf der Seed-Schicht (sofern vorhanden) und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 wird ein Fotolack gebildet und strukturiert. Der Fotolack kann durch Spin-Coating oder dergleichen gebildet werden und kann zum Strukturieren belichtet werden. Die Struktur des Fotolacks entspricht den Durchkontaktierungen 126. Bei der Strukturierung werden Öffnungen durch den Fotolack gebildet, um die Seed-Schicht oder die leitfähigen Pads 120A zu belichten. Ein leitfähiges Material wird in den Öffnungen des Fotolack und an den belichteten Abschnitten der Seed-Schicht gebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren, wie etwa durch Elektroplattierung oder elektrolose Plattierung oder dergleichen gebildet werden. Das leitfähige Material kann ein Metall umfassen, wie etwa Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen. Der Fotolack und Abschnitte der Seed-Schicht, auf der das leitfähige Material nicht gebildet wird, werden entfernt. Der Fotolack kann durch einen annehmbaren Aschen- oder Stripping-Prozess entfernt werden, wie etwa durch Verwendung von Sauerstoffplasma oder dergleichen. Wenn der Fotolack entfernt wird, werden belichtete Abschnitte der Seed-Schicht (sofern vorhanden) durch Verwendung eines annehmbaren Ätzprozesses, wie etwa durch Nass- oder Trockenätzen, entfernt. Die verbleibenden Abschnitte der Seed-Schicht und des leitfähigen Materials bilden die Durchkontaktierungen 126.A photoresist is formed and patterned on the seed layer (if present) and the front
In einigen Ausführungsformen können anstelle der Durchkontaktierungen 126 auch Drahtbondstrukturen verwendet werden. Beispielsweise kann auf jedem der leitfähigen Pads 120A eine Drahtbondstruktur (nicht separat illustriert) gebildet sein. Jede der Drahtbondstrukturen kann einen Bondball, der auf dem jeweiligen leitfähigen Pad 120A gebildet ist, und einen Metalldraht, der an dem jeweiligen Bondball befestigt ist, umfassen.Wire bond structures may also be used in place of
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Das Verkapselungsmaterial 134 wird dann über der Isolierschicht 132 gebildet. Das Verkapselungsmaterial 134 kann ein Formmaterial, ein Epoxidharz oder dergleichen sein. In einigen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 134 eine Mischung aus Epichlorhydrin mit Bisphenol-A (BPA), Bisphenol-A-Diglycidylether (DGEBA), Bisphenol-F (BPF), Phenolen, Thiolen, Anhydriden, Aminen, aliphatischen Alkoholen, Füllmaterialien, Kombinationen davon oder dergleichen umfassen. Das Verkapselungsmaterial 134 kann durch Formpressen, Spritzpressen oder dergleichen aufgebracht und so gebildet werden, dass die Durchkontaktierungen 126 und/oder die integrierten Schaltungsdies 50 verdeckt oder abgedeckt werden. Das Verkapselungsmaterial 134 kann in flüssiger oder halbflüssiger Form aufgebracht und nachfolgend gehärtet werden.The
Das Verkapselungsmaterial 134 kann aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet sein, was die Wärmeableitung durch das Verkapselungsmaterial 134 verbessert. In einigen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 134 beispielsweise aus einer Mischung aus Epoxid und leitfähigen Füllmaterialien gebildet sein, die Graphit, Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, leitfähige Partikel (z. B. Kupfer (Cu), Silizium (Si), Silber (Ag), Gold (Au), Eisen (Fe), Wolfram (W), Kombinationen davon oder dergleichen), Kombinationen davon oder dergleichen umfassen können. In einigen Ausführungsformen können die Graphitfüllmaterialien Flocken mit einer Größe von weniger als 1 µm umfassen. Die Graphenfüllmaterialien können einschichtig oder mehrschichtig sein und Flocken mit einer Größe von weniger als 10 µm umfassen. Die Füllmaterialien aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen können einwandig oder mehrwandig sein und Größen von weniger als 50 µm umfassen. Die leitfähigen Füllmaterialien können eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 10 W/m•K bis etwa 1.000 W/m•K, eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von etwa 10-3 Ω•cm bis etwa 1014 Ω•cm und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) im Bereich von etwa 1 ppm/°C bis etwa 10 ppm/°C aufweisen. Das Verkapselungsmaterial 134 kann die leitfähigen Füllmaterialien in einer Konzentration von etwa 5 Vol-% bis etwa 95 Vol-% umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 134 die leitfähigen Füllmaterialien in einer Konzentration von etwa 70 bis etwa 95 Vol-%, einer Konzentration von etwa 5 bis etwa 40 Vol-% oder einer Konzentration von etwa 30 bis etwa 70 Vol-% umfassen. Das Aufnehmen der leitfähigen Füllmaterialien in den vorgeschriebenen Konzentrationsbereichen kann die Wärmeableitung durch das Verkapselungsmaterial 134 verbessern. In einigen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 134 ferner nicht leitfähige Füllmaterialien wie AlN, Diamant, BN, BeO, Magnesiumoxid (MgO), Al2O3, SiO2, Silizium (Si), Siliziumnitrid (SiNx), Kombinationen davon oder dergleichen umfassen.The
Die Wärmeleitfähigkeit des Verkapselungsmaterials 134 kann größer sein als die Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht 132. In einigen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 134 eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als etwa 40 W/m•K, eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von etwa 40 W/m•K bis etwa 100 W/m•K, von etwa 5 W/m•K bis etwa 200 W/m•K oder von etwa 100 W/m•K bis etwa 200 W/m•K oder dergleichen aufweisen. Das Verkapselungsmaterial 134 kann eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von etwa 10-3 Ω•cm bis etwa 1014 Ω•cm und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) im Bereich von etwa 0,1 ppm/°C bis etwa 20 ppm/°C aufweisen.The thermal conductivity of
Das Bilden der Isolierschicht 132 über den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50 und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Wahl der Materialien für das Verkapselungsmaterial 134. Beispielsweise verhindert die Isolierschicht 132, die aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, Kurzschlüsse zwischen den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50 und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124, selbst wenn das Verkapselungsmaterial 134 aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Die Isolierschicht 132 bildet eine Pufferschicht zwischen dem Verkapselungsmaterial 134 und den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50 und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124, wodurch Spannungen verringert werden. Dadurch kann das Verkapselungsmaterial 134 aus Materialien mit höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sein. Die größere Flexibilität bei der Wahl der Materialien für das Verkapselungsmaterial 134 ermöglicht die Verwendung von Materialien mit hohen Wärmeleitfähigkeiten für das Verkapselungsmaterial 134, was die Wärmeabfuhr aus den integrierten Schaltungsdies 50 verbessert. Dadurch wird die Vorrichtungsleistung verbessert und die Zahl der Vorrichtungsfehler verringert.Forming the insulating
Die Isolierschicht 132 kann eine Dicke t1 von etwa 10 nm bis etwa 100 nm aufweisen. Das Bilden der Isolierschicht 132 mit einer geringeren Dicke als dem vorgeschriebenen Bereich kann zu Schwierigkeiten bei dem Bilden der Isolierschicht 132 führen und kann unzureichend sein, um die Vorteile der Isolierschicht 132 zu erreichen (z. B. Bereitstellung einer elektrischen Isolierung zwischen den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50 und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 und Bereitstellung einer Pufferschicht zwischen dem Verkapselungsmaterial 134 und den darunter liegenden Strukturen). Ferner kann die Isolierschicht 132 aus einem Material gebildet sein, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Verkapselungsmaterials 134. Wenn die Isolierschicht 132 dicker als der vorgeschriebene Bereich gebildet ist, verringert sich die kombinierte Wärmeleitfähigkeit der Isolierschicht 132 und des Verkapselungsmaterials 134.The insulating
In
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Die Rückseitenumverteilungsstruktur 144 kann durch das Bilden der Metallisierungsstruktur 136 auf des Verkapselungsmaterials 134, der Isolierschicht 132 und den Durchkontaktierungen 126 gebildet werden. Die Metallisierungsstruktur 136 kann aus den gleichen Materialien und auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Metallisierungsstruktur 108 gebildet sein. Nachdem die Metallisierungsstruktur 136 gebildet und strukturiert ist, kann die Metallisierungsstruktur 136 Abschnitte umfassen, die sich entlang der oberen Flächen des Verkapselungsmaterials 134, der Isolierschicht 132 und der Durchkontaktierungen 126 erstrecken. Die Metallisierungsstruktur 136 kann mit den Durchkontaktierungen 126 elektrisch gekoppelt sein.The
Die Dielektrikumschicht 138 wird auf die Metallisierungsstruktur 136, das Verkapselungsmaterial 134, die Isolierschicht 132 und die Durchkontaktierungen 126 abgeschieden. Die Dielektrikumschicht 138 kann aus den gleichen oder ähnlichen Materialien wie die Dielektrikumschicht 106 gebildet werden. Durch die Dielektrikumschicht 138 können Öffnungen strukturiert werden, um die darunter liegende Metallisierungsstruktur 136 zu belichten. Die Öffnungen können mit einem akzeptablen Prozess durch die Dielektrikumschicht 138 hindurch strukturiert werden. In Ausführungsformen, in denen die Dielektrikumschicht 138 ein lichtempfindliches Material umfasst, kann die Dielektrikumschicht 138 mit einer strukturierten Energiequelle (z. B. einer strukturierten Lichtquelle) belichtet und entwickelt werden, um die Öffnungen zu bilden, die sich durch die Dielektrikumschicht 138 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann eine strukturierte Maske über der Dielektrikumschicht 138 gebildet sein, und die Dielektrikumschicht 138 kann durch die strukturierte Maske hindurch strukturiert werden, indem ein Ätzprozess, wie z. B. ein anisotropes Ätzen, verwendet wird, um die Öffnungen zu bilden, die sich durch die Dielektrikumschicht 138 hindurch erstrecken.The
Die Metallisierungsstruktur 140 wird in den Öffnungen gebildet, die sich durch die Dielektrikumschicht 138 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann die Metallisierungsstruktur 140 auf der Dielektrikumschicht 138 und der Metallisierungsstruktur 136 gebildet sein. Die Metallisierungsstruktur 120 kann aus den gleichen Materialien und auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Metallisierungsstruktur 108 gebildet sein. Nach dem Bilden der Metallisierungsstruktur 140 kann ein Planarisierungsprozess auf der Metallisierungsstruktur 140 ausgeführt werden, um die oberen Flächen der Metallisierungsstruktur 140 mit den oberen Flächen der Dielektrikumschicht 138 abzugleichen. Der Planarisierungsprozess kann ein CMP, ein Schleifprozess oder dergleichen sein.The
So wird in der illustrierten Packageregion eine erste Packagekomponente 100 gebildet. Die erste Packagekomponente 100 umfasst die integrierten Schaltungsdies 50, das Verkapselungsmaterial 134, die Isolierschicht 132, die Durchkontaktierungen 126, die Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 und die Rückseitenumverteilungsstruktur 144.A
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Das Substrat 202 kann aktive und passive Vorrichtungen umfassen (nicht separat illustriert). Eine große Vielzahl von Vorrichtungen wie Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Kombinationen daraus und dergleichen können verwendet werden, um die strukturellen und funktionalen Anforderungen des Designs für die zweite Packagekomponente 200 zu erzeugen. Die Vorrichtungen können unter Verwendung beliebiger Verfahren gebildet werden.The
Das Substrat 202 kann auch Metallisierungsschichten (nicht separat illustriert) und leitfähige Durchkontaktierungen 208 umfassen. Die Metallisierungsschichten können über den aktiven und passiven Vorrichtungen gebildet sein und sind designt, die verschiedenen Vorrichtungen zum Bilden einer Funktionsschaltungsanordnung zu verbinden. Die Metallisierungsschichten können aus abwechselnden Schichten von Dielektrika (z. B. Dielektrika mit niedrigem k-Wert) und leitfähigen Materialien (z. B. Kupfer) gebildet sein, wobei die Schichten leitfähiger Materialien durch Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind. Die Metallisierungsschichten können durch einen beliebigen geeigneten Prozess (wie etwa Abscheidung, Damaszener-Prozess, Dual-Damaszener-Prozess oder dergleichen) gebildet sein. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 202 im Wesentlichen frei von aktiven und passiven Vorrichtungen.The
Das Substrat 202 kann Bondpads 204 auf einer ersten Seite des Substrats 202 und Bondpads 206 auf einer zweiten, der ersten Seite entgegengesetzten Seite des Substrats 202 umfassen. Die Bondpads 204 können zur Verbindung mit den gestapelten Dies 210 und die Bondpads 206 zur Verbindung mit den leitfähigen Verbindern 146 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen, wie z. B. der durch die Bondpads 206 illustrierten Ausführungsform, werden die Bondpads 204 und die Bondpads 206 durch das Bilden von Ausschnitten (nicht separat illustriert) in Dielektrikumschichten (nicht separat illustriert) auf der ersten und zweiten Seite des Substrats 202 gebildet. Die Ausschnitte können gebildet werden, um die Bondpads 204 und die Bondpads 206 in die Dielektrikumschichten einbetten zu lassen. In anderen Ausführungsformen, wie etwa in der durch die Bondpads 204 illustrierten Ausführungsform, entfallen die Ausschnitte, da die Bondpads 204 und die Bondpads 206 auf den Dielektrikumschichten gebildet sein können. In einigen Ausführungsformen umfassen die Bondpads 204 und die Bondpads 206 eine dünne Seed-Schicht (nicht separat illustriert) aus Kupfer, Titan, Nickel, Gold, Palladium, dergleichen oder eine Kombination daraus. Das leitfähige Material der Bondpads 204 und die Bondpads 206 kann über der dünnen Seed-Schicht abgeschieden werden. Das leitfähige Material kann durch einen elektrochemisches Plattierungsprozess, einen elektrolosen Plattierungsprozess, CVD, ALD, PVD, dergleichen, oder einer Kombination daraus gebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material der Bondpads 204 und der Bondpads 206 Kupfer, Wolfram, Aluminium, Silber, Gold, dergleichen oder eine Kombination daraus.The
In einigen Ausführungsformen Ausführungsform sind die Bondpads 204 und die Bondpads 206 UBMs, die drei Schichten leitfähiger Materialien umfassen, wie etwa einer Schicht aus Titan, einer Schicht aus Kupfer und einer Schicht aus Nickel. Für die Bondpads 204 und die Bondpads 206 können auch andere Anordnungen von Materialien und Schichten verwendet werden, wie etwa eine Anordnung aus Chrom/Chrom-Kupfer-Legierung/Kupfer/Gold, eine Anordnung aus Titan/Titanwolfram/Kupfer oder eine Anordnung aus Kupfer/Nickel/Gold. Alle geeigneten Materialien oder Materialschichten, die für die Bondpads 204 und die Bondpads 206 verwendet werden können, sind vollständig dafür vorgesehen, in dem Umfang der aktuellen Anmeldung umfasst zu sein. In einigen Ausführungsformen erstrecken sich die leitfähigen Durchkontaktierungen 208 durch das Substrat 202 und koppeln mindestens eines der Bondpads 204 mit mindestens einem der Bondpads 206.In some embodiments, the
In der illustrierten Ausführungsform sind die gestapelten Dies 210 mit dem Substrat 202 durch Drahtverbindungen 212 gekoppelt, wobei jedoch andere Verbindungen verwendet werden können, wie etwa leitfähige Bumps. In einigen Ausführungsformen sind die gestapelten Dies 210 Stapelspeicherdies. Die gestapelten Dies 210 können beispielsweise um Speicherdies, wie Low-Power Double Data Rate-Speichermodule (LP-DDR-Speichermodule) (z. B. LPDDR1, LPDDR2, LPDDR3, LPDDR4), DRAM-Dies, Kombinationen davon oder dergleichen sein.In the illustrated embodiment, the stacked dies 210 are coupled to the
Die gestapelten Dies 210 und die Drahtverbindungen 212 können mit einem Formmaterial 214 verkapselt sein. In einigen Ausführungsformen kann das Formmaterial 214 durch Formpressen an die gestapelten Dies 210 und die Drahtverbindungen 212 angeformt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Formmaterial 214 eine Formmasse, ein Polymer, ein Epoxid, ein Siliziumoxidmaterial, dergleichen, oder eine Kombination davon. Ein Aushärtungsprozess kann ausgeführt werden, um das Formmaterial 214 zu härten. Der Aushärtungsprozess kann eine Wärmehärtung, eine UV-Härtung, dergleichen oder eine Kombination daraus sein. In einigen Ausführungsformen sind die gestapelten Dies 210 und die Drahtbindungen 212 in des Formmaterials 214 verdeckt. Nach dem Aushärten des Formmaterials 214 wird ein Planarisierungsschritt, wie z. B. ein Schleifen, ausgeführt, um überschüssige Abschnitte des Formmaterials 214 zu entfernen und eine planare Fläche für die zweite Packagekomponente 200 zu schaffen.The stacked dies 210 and
Nachdem die zweite Packagekomponente 200 gebildet ist, kann die zweite Packagekomponente 200 mit der ersten Packagekomponente 100 über die leitfähigen Verbinder 146, die Bondpads 206 und die Metallisierungsstruktur 140 gebondet werden. In einigen Ausführungsformen können die gestapelten Dies 210 durch die Drahtverbindungen 212, die Bondpads 204, die leitfähigen Durchkontaktierungen 208, die Bondpads 206, die leitfähigen Verbinder 146, die Rückseitenumverteilungsstruktur 144, die Durchkontaktierungen 126 und die Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 mit den integrierten Schaltungsdies 50 verbunden sein.After the
In einigen Ausführungsformen wird auf der zweiten Seite des Substrats 202 ein Lötstopplack (nicht separat illustriert) gebildet. Die leitfähigen Verbinder 146 können in Öffnungen in dem Lötstopplack angeordnet sein, die elektrisch und mechanisch mit leitfähigen Elementen (z. B. den Bondpads 206) in dem Substrat 202 verbunden sein können. Der Lötstopplack kann verwendet werden, um Bereiche des Substrats 202 vor externem Schaden zu schützen. In einigen Ausführungsformen ist auf den leitfähigen Verbindern 146 ein Oxidflussmittel (nicht separat illustriert) gebildet, bevor ein Aufschmelzen mit mindestens einem Teil des Epoxidabschnittes des Epoxidflussmittels stattfindet, das nach dem Befestigen der zweiten Packagekomponente 200 an der ersten Packagekomponente 100 zurückbleibt.In some embodiments, a solder resist (not separately illustrated) is formed on the second side of the
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Nachdem das Trägersubstrat 102 und die Trennschicht 104 entfernt wurden, werden UBMs 160 und leitfähige Verbinder 162 für die externe Verbindung mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebildet. Die UBMs 160 umfassen Bumpabschnitte auf und entlang der Hauptfläche der Dielektrikumschicht 106 sowie Durchkontaktierungsabschnitte, die sich durch die Dielektrikumschicht 106 erstrecken. Die Durchkontaktierungsabschnitte der UBMs 160 können mit den Metallisierungsstrukturen 108 elektrisch gekoppelt sein und mit diesen physisch in Kontakt stehen. Infolgedessen sind die UBMs 160 durch die Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 elektrisch mit den Durchkontaktierungen 126 und den integrierten Schaltungsdies 50 verbunden. Die UBMs 160 können aus den gleichen Materialien und auf die gleiche oder ähnliche Weise wie die Metallisierungsstruktur 108 gebildet werden.After the
An den UBMs 160 sind leitfähige Verbinder 162 gebildet. Die leitfähigen Verbinder 162 können Ball-Grid-Array-Verbinder (BGA-Verbinder), Lotkugeln, Metallsäulen, Controlled-Collapse-Chipverbindungs-Bumps (C4-Bumps), Mikrobumps, mit der „Electroless Nickel-Electroless Palladium-Immersion Gold“-Technik (ENEPIG) gebildete Bumps oder dergleichen sein. Die leitfähigen Verbinder 162 können ein leitfähiges Material, wie z. B. Lot, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn oder einer Kombination davon umfassen. In einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbinder 162 durch anfängliches Bilden einer Lötschicht durch Verdampfung, Elektroplattieren, Drucken, Lotübertragung, Kugelplatzierung oder dergleichen gebildet. Sobald die Lötschicht auf der Struktur gebildet wurde, kann ein Aufschmelzen ausgeführt werden, um das Material in die gewünschten Bumpformen zu bringen. In einigen Ausführungsformen umfassen die leitfähigen Verbinder 162 Metallsäulen (wie etwa Kupfersäulen), die durch Sputtern, Drucken, Elektroplattieren, elektroloses Plattieren, CVD oder dergleichen gebildet werden können. Die Metallsäulen können lötfrei sein und vertikale Seitenwände aufweisen. In einigen Ausführungsformen wird eine Metallabdeckschicht auf der Oberseite der Metallsäulen gebildet. Die Metallabdeckschicht kann Nickel, Zinn, Zinn-Blei, Gold, Silber, Palladium, Indium, Nickel-Palladium-Gold, Nickel-Gold, dergleichen oder eine Kombination daraus umfassen. Die Metallabdeckschicht kann durch einen Plattierungsprozess gebildet sein.
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Das Substrat 300 kann aktive und passive Vorrichtungen umfassen (nicht separat illustriert). Eine große Vielzahl von Vorrichtungen wie Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Kombinationen dieser Vorrichtungen und dergleichen können umfasst sein. Die Vorrichtungen können unter Verwendung beliebiger Verfahren gebildet werden. Das Substrat 300 kann auch Metallisierungsschichten umfassen (nicht separat illustriert). Die Metallisierungsschichten können über den aktiven und passiven Vorrichtungen gebildet sein und sind designt, die verschiedenen Vorrichtungen zum Bilden einer Funktionsschaltungsanordnung zu verbinden. Die Metallisierungsschichten können aus abwechselnden Schichten von Dielektrika (z. B. Dielektrika mit niedrigem k-Wert) und leitfähigen Materialien (z. B. Kupfer) gebildet sein, wobei die Schichten leitfähiger Materialien durch Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind. Die Metallisierungsschichten können durch alle geeigneten Prozesse (wie etwa Abscheidung, Damaszener-Verfahren, Dual-Damaszener-Verfahren oder dergleichen) gebildet sein. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 300 im Wesentlichen frei von aktiven und passiven Vorrichtungen.The
Das Substrat 300 kann Bondpads 302 umfassen, die auf einer ersten Seite des Substrats 300 gebildet werden, die der ersten Packagekomponente 100 gegenüberliegt. In einigen Ausführungsformen können die Bondpads 302 durch das Bilden von Ausschnitten (nicht separat illustriert) in Dielektrikumschichten (nicht separat illustriert) auf der ersten Seite des Substrats 300 gebildet sein. Die Ausschnitte können so gebildet sein, dass die Bondpads 302 in die Dielektrikumschichten eingebettet sein können. In einigen Ausführungsformen werden die Ausschnitte weggelassen, und die Bondpads 302 können auf den Dielektrikumschichten gebildet sein. In einigen Ausführungsformen umfassen die Bondpads 302 eine dünne Seed-Schicht (nicht separat illustriert) aus Kupfer, Titan, Nickel, Gold, Palladium oder dergleichen oder einer Kombination davon. Die leitfähigen Materialien der Bondpads 302 können auf die dünne Seed-Schicht abgeschieden werden. Die leitfähigen Materialien können durch einen elektrochemischen Plattierungsprozess, einen elektrolosen Plattierungsprozess, CVD, ALD, PVD, dergleichen, oder einer Kombination daraus gebildet sein. In einer Ausführungsform umfassen die leitfähigen Materialien der Bondpads 302 Kupfer, Wolfram, Aluminium, Silber, Gold oder eine Kombination davon.The
In einigen Ausführungsformen sind die Bondpads 302 UBMs, die drei Schichten leitfähiger Materialien umfassen, wie etwa einer Schicht Titan, einer Schicht Kupfer und einer Schicht Nickel. Andere Anordnungen von Materialien und Schichten gibt, wie etwa eine Anordnung von Chrom/Chrom-Kupferlegierung/Kupfer/Gold, eine Anordnung von Titan/Titanwolfram/Kupfer oder eine Anordnung von Kupfer/Nickel/Gold können zum Bilden der Bondpads 302 verwendet werden. Alle geeigneten Materialien oder Materialschichten, die für die Bondpads 302 verwendet werden können, sollen im Anwendungsbereich dieser Anmeldung umfasst sein.In some embodiments, the
Das Substrat 300 ist elektrisch gekoppelt und physisch an der ersten Packagekomponente 100 über die Bondpads 302, die leitfähigen Verbinder 162 und die UBMs 160 befestigt. Das Substrat 300 kann über der ersten Packagekomponente 100 platziert werden und ein Aufschmelzprozess kann ausgeführt werden, um die leitfähigen Verbinder 162 aufzuschmelzen und die Bondpads 302 durch die leitfähigen Verbinder 162 mit den UBMs 160 zu bonden.The
Eine Unterfüllung 164 kann dann zwischen der ersten Packagekomponente 100 und dem Substrat 300 gebildet werden und umschließt die Bondpads 302, die UBMs 160 und die leitfähigen Verbinder 162. Die Unterfüllung 164 kann Spannung verringern und die Verbindungen schützen, die aus dem Aufschmelzen des leitfähigen Verbinders 162 entstehen. Die Unterfüllung 164 kann durch einen Kapillarflussprozess gebildet werden, nachdem die erste Packagekomponente 100 an dem Substrat 300 befestigt ist, oder durch ein geeignetes Abscheidungsverfahren gebildet werden, bevor die erste Packagekomponente 100 befestigt ist.An
Durch Aufnehmen der Isolierschicht 132, die zwischen dem Verkapselungsmaterial 134 und jedem der Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50 und der Metallisierungsstruktur 120 angeordnet ist, wird das Verwenden einer größeren Vielzahl an Materialien für das Verkapselungsmaterial 134 möglich. Die Isolierschicht 132 stellt beispielsweise eine elektrische Isolierung bereit, sodass für das Verkapselungsmaterial 134 elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden können. Ferner kann die Isolierschicht 132 eine physische Pufferschicht bereitstellen, sodass für das Verkapselungsmaterial 134 Materialien mit hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet werden können. Dadurch können Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit für das Verkapselungsmaterial 134 verwendet werden, was die Wärmeableitung durch das Verkapselungsmaterial 134 erhöht. Dadurch wird die Vorrichtungsleistung verbessert und die Zahl der Vorrichtungsfehler verringert.By including the insulating
Die
In einigen Ausführungsformen werden die integrierten Schaltungsdies 50A mit den leitfähigen Pads 120B der Metallisierungsstruktur 120 in einer Hybridverbindungseinrichtung gebondet. Beispielsweise kann eine Dielektrikumschicht 68 der integrierten Schaltungsdies 50A direkt mit der Dielektrikumschicht 118 der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebondet werden, und die Dieverbinder 66 der integrierten Schaltungsdies 50A können direkt mit den leitfähigen Pads 120B gebondet werden. In einer Ausführungsform kann die Bindung zwischen der Dielektrikumschicht 68 und der Dielektrikumschicht 118 eine Oxid-zu-Oxid-Bindung oder dergleichen sein. Der Hybridbondprozess bondet ferner die Dieverbinder 66 der integrierten Schaltungsdies 50A direkt mit den leitfähigen Pads 120B durch direktes Metall-zu-Metall-Bonden. Somit wird die elektrische Verbindung zwischen den integrierten Schaltungsdies 50A und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 durch die physische Verbindung der Dieverbinder 66 mit den leitfähigen Pads 120B hergestellt.In some embodiments, the integrated circuit dies 50A are bonded to the
Beispielsweise kann der Hybridbondprozess mit einer Flächenbehandlung der Dielektrikumschicht 118 der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 und/oder der Dielektrikumschicht 68 der integrierten Schaltungsdies 50A beginnen. Die Flächenbehandlung kann eine Plasmabehandlung umfassen. Die Plasmabehandlung kann in einer Vakuumumgebung ausgeführt werden. Nach der Plasmabehandlung kann die Flächenbehandlung ferner einen Reinigungsprozess (z. B. eine Spülung mit entionisiertem Wasser oder dergleichen) umfassen, das auf die Dielektrikumschicht 118 und/oder die Dielektrikumschicht 68 der integrierten Schaltungsdies 50A angewendet werden kann. Der Hybridbondprozess kann dann mit der Ausrichtung der Dieverbinder 66 an den leitfähigen Pads 120B fortgesetzt werden. Als Nächstes umfasst das Hybridbondetnen Vorverbindungsschritt, bei dem die Dieverbinder 66 in physischen Kontakt mit den leitfähigen Pads 120B gebracht werden. Das Vorverbinden kann bei Zimmertemperatur ausgeführt werden (z. B. zwischen ca. 21 °C und ca. 25 °C). Der Hybridbondprozess wird durch Ausführen eines Temperns bei einer Temperatur von etwa 150°C bis etwa 400°C für eine Dauer von etwa 0,5 Stunden bis etwa 3 Stunden fortgesetzt. Das Tempern bewirkt, dass das Metall der Dieverbinder 66 (z. B. Kupfer) und das Metall der leitfähigen Pads 120B (z. B. Kupfer) miteinander diffundieren, wodurch die direkte Metall-zu-Metall-Verbindung gebildet werden. Das Tempern kann ferner kovalente Bindungen zwischen der Dielektrikumschicht 68 und der Dielektrikumschicht 118 bilden. In einigen Ausführungsformen können auch andere Verbindungsparameter und/oder -verfahren (z. B. Lötverbinden) verwendet werden.For example, the hybrid bonding process may begin with a surface treatment of the
Nachdem die integrierten Schaltungsdies 50A mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebondet sind, können die Isolierschicht 132 und das Verkapselungsmaterial 134 über den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50A und der Vorderseitenumverteilungsstruktur gebildet werden. Die Isolierschicht 132 kann aus den gleichen oder ähnlichen Materialien gebildet sein, wie mit Verweis auf
Die
Bei den Verbindungsdies 70 kann es sich um lokale Silizium-Interconnects (LSIs), große Integrationspackages, Interposer-Dies oder dergleichen handeln. Die Verbindungsdies 70 umfassen Substrate 72 mit leitfähigen Elementen, die in und/oder auf den Substraten 72 gebildet sind. Die Substrate 72 können Halbleitersubstrate, Dielektrikumschichten oder dergleichen sein. Die Verbindungsdies 70 können Substratdurchkontaktierungen (TSVs) 74 (auch als Siliziumdurchkontaktierungen bezeichnet) umfassen, die sich in oder durch das Substrat 72 erstrecken. In der in den
Die integrierten Schaltungsdies 50B können mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 durch leitfähige Verbinder 128 und eine Unterfüllung 130 gebondet sein, und zwar durch Prozesse, die denen ähnlich oder gleich sind, die oben mit Verweis auf die
Nachdem die integrierten Schaltungsdies 50B und 50C und die Verbindungsdies 70 mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebondet sind, können die Isolierschicht 132 und das Verkapselungsmaterial 134 über den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50B und 50C, den Verbindungsdies 70 und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebildet werden. Die Isolierschicht 132 kann aus den gleichen oder ähnlichen Materialien gebildet sein, wie mit Verweis auf
Die
Die Verbindungsdies 70A können mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 durch Hybridbondprozesse gebondet werden, die mit den oben mit Verweis auf
Nachdem die integrierten Schaltungsdies 50D und die Verbindungsdies 70A und 70B mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebondet sind, können die Isolierschicht 132 und das Verkapselungsmaterial 134 über den Durchkontaktierungen 126, den integrierten Schaltungsdies 50D, den Verbindungsdies 70A und 70B und der Vorderseitenumverteilungsstruktur 124 gebildet werden. Die Isolierschicht 132 kann aus den gleichen oder ähnlichen Materialien gebildet sein, wie mit Verweis auf
Die
Der Fotolack 404 und die Maskenschicht 402 können dann strukturiert werden. Der Fotolack 404 kann strukturiert werden, indem der Fotolack 404 einer strukturierten Energiequelle (z. B. einer strukturierten Lichtquelle) ausgesetzt wird und der Fotolack 404 entwickelt wird, um einen belichteten oder unbelichteten Abschnitt des Fotolacks 404 zu entfernen. Es werden Öffnungen 406 gebildet, die die Maskenschicht 402 belichten und sich durch den Fotolack 404 erstrecken. Die Maskenschicht 402 kann unter Verwendung des Fotolacks 404 als Maske mit einem beliebigen akzeptablen Ätzprozess geätzt werden, wie etwa mit reaktivem Ionenätzen (RIE), neutralem Strahlätzen (NBE) oder einer Kombination davon. Die Maskenschicht 402 kann mit einem anisotropen Ätzprozess geätzt werden.
In
In
In
Die Ausführungsformen können verschiedene Vorteile bringen. Wenn die Isolierschicht beispielsweise über darunter liegenden Durchkontaktierungen, Umverteilungsstrukturen und integrierten Schaltungsdies gebildet wird, kann eine breitere Palette von Materialien für die über der Isolierschicht gebildetes Verkapselungsmaterial verwendet werden. Die Isolierschicht kann eine elektrische Isolierung und einen physischen Puffer zwischen dem Verkapselungsmaterial und den darunter liegenden Strukturen bilden, sodass die Verkapselung jeweils aus elektrisch leitfähigen Materialien bzw. Materialien mit höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet werden kann. Dadurch können Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit für die Verkapselung verwendet werden, was die Wärmeableitung durch das Verkapselungsmaterial verbessert, die Vorrichtungsleistung erhöht und Vorrichtungsfehler verringert.The embodiments can bring various advantages. For example, when the insulating layer is formed over underlying vias, redistribution structures, and integrated circuit die, a broader range of materials can be used for the encapsulation material formed over the insulating layer. The insulating layer can provide electrical insulation and a physical buffer between the encapsulation material and the underlying structures, so that the encapsulation can be formed from electrically conductive materials or materials with higher coefficients of thermal expansion, respectively. This allows materials with higher thermal conductivity to be used for the encapsulation, improving heat dissipation through the encapsulation material, increasing device performance, and reducing device failures.
Nach einer Ausführungsform umfasst eine Halbleitervorrichtung eine erste Umverteilungsstruktur; einen ersten Die, der sich über der ersten Umverteilungsstruktur befindet und mit dieser elektrisch gekoppelt ist; eine erste Durchkontaktierung, das sich über der ersten Umverteilungsstruktur befindet und mit dieser elektrisch gekoppelt ist; eine Isolierschicht, die sich entlang der ersten Umverteilungsstruktur, des ersten Dies und der ersten Durchkontaktierung erstreckt; und ein Verkapselungsmaterial über der Isolierschicht, wobei das Verkapselungsmaterial Abschnitte der ersten Durchkontaktierung und des ersten Dies umschließt, wobei das Verkapselungsmaterial leitfähige Füllmaterialien in einer Konzentration im Bereich von 70 bis etwa 95 Vol-% umfasst. In einer Ausführungsform weist das Verkapselungsmaterial eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 40 W/m•K auf. In einer Ausführungsform befindet sich eine obere Fläche des Verkapselungsmaterials auf gleicher Höhe mit einer oberen Fläche der ersten Durchkontaktierung und der oberen Fläche der Isolierschicht, und die obere Fläche des Verkapselungsmaterials befindet sich oberhalb der oberen Fläche des ersten Dies. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Isolierschicht entlang der Seitenwände der ersten Durchkontaktierung, der oberen Fläche der ersten Umverteilungsstruktur sowie der oberen Fläche und den Seitenwänden des ersten Dies. In einer Ausführungsform ist der erste Die durch Oxid-zu-Oxid-Bindungen und Metall-zu-Metall-Bindungen an die erste Umverteilungsstruktur gebondet. In einer Ausführungsform ist der erste Die durch leitfähige Verbinder mit der ersten Umverteilungsstruktur gebondet, die Halbleitervorrichtung umfasst ferner eine erste Unterfüllung, die die leitfähigen Verbinder umschließt, und die Isolierschicht erstreckt sich entlang der Seitenwände der ersten Unterfüllung. In einer Ausführungsform weist die Isolierschicht eine Dicke von 10 nm bis 100 nm auf, und das Verkapselungsmaterial weist eine Wärmeleitfähigkeit von 40 W/m•K bis 100 W/m•K auf.According to one embodiment, a semiconductor device includes a first redistribution structure; a first die overlying and electrically coupled to the first redistribution structure; a first via located over and electrically coupled to the first redistribution structure; an insulating layer extending along the first redistribution structure, the first die, and the first via; and an encapsulation material over the insulating layer, the encapsulation material enclosing portions of the first via and the first die, the encapsulation material including conductive fillers in a concentration ranging from 70% to about 95% by volume. In one embodiment, the encapsulation material has a thermal conductivity greater than 40 W/m•K. In one embodiment, a top surface of the encapsulation material is level with a top surface of the first via and the top surface of the insulating layer, and the top surface of the encapsulation material is above the top surface of the first die. In one embodiment, the insulating layer extends along the sidewalls of the first via, the top surface of the first redistribution structure, and the top surface and sidewalls of the first die. In one embodiment, the first die is bonded to the first redistribution structure by oxide-to-oxide bonds and metal-to-metal bonds. In one embodiment, the first die is bonded to the first redistribution structure by conductive connectors, the semiconductor device further includes a first underfill enclosing the conductive connectors, and the insulating layer extends along sidewalls of the first underfill. In one embodiment, the insulating layer has a thickness of 10 nm to 100 nm and the encapsulation material has a thermal conductivity of 40 W/m•K to 100 W/m•K.
Nach einer anderen Ausführungsform umfasst eine Halbleitervorrichtung einen ersten integrierten Schaltungsdie; eine Vorderseitenumverteilungsstruktur auf einer Vorderseite des ersten integrierten Schaltungsdies; eine Rückseitenumverteilungsstruktur auf einer Rückseite des ersten integrierten Schaltungsdies; ein Formmaterial, das den ersten integrierten Schaltungsdie zwischen der Vorderseitenumverteilungsstruktur und der Rückseitenumverteilungsstruktur verkapselt, wobei das Formmaterial eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 40 W/m•K aufweist; eine Durchkontaktierung, die sich durch das Formmaterial erstreckt, wobei die Durchkontaktierung elektrisch mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur und der Rückseitenumverteilungsstruktur gekoppelt ist; und eine Isolierschicht, die Seitenwände der Durchkontaktierung bedeckt, wobei die Isolierschicht die Durchkontaktierung von dem Formmaterial trennt. In einer Ausführungsform umfasst das Formmaterial leitfähige Partikel, die aus Kupfer (Cu), Silizium (Si), Silber (Ag), Gold (Au), Eisen (Fe) und Wolfram (W) ausgewählt sind, und das Formmaterial umfasst die leitfähigen Partikel in einer Konzentration von 70 bis 95 Vol-%. In einer Ausführungsform weist das Formmaterial eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 40 W/m•K und 100 W/m•K auf, und die Isolierschicht weist eine Wärmeleitfähigkeit auf, die geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit dem Formmaterial. In einer Ausführungsform umfasst die Isolierschicht mindestens eines der folgenden Materialien: Aluminiumnitrid (AlN), Bornitrid (BN), Berylliumoxid (BeO), Diamant oder Aluminiumoxid (Al2O3). In einer Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung ferner einen Verbindungsdie, der durch Metall-zu-Metall-Bindungen und Oxid-zu-Oxid-Bindungen mit dem ersten integrierten Schaltungsdie gebondet ist. In einer Ausführungsform steht das Formmaterial physisch mit der Vorderseitenumverteilungsstruktur, der Rückseitenumverteilungsstruktur und dem ersten integrierten Schaltungsdie in Kontakt. In einer Ausführungsform bedeckt die Isolierschicht eine obere Fläche der Vorderseitenumverteilungsstruktur und eine Rückseite und Seitenwände des ersten integrierten Schaltungsdies, und die Isolierschicht trennt die Vorderseitenumverteilungsstruktur und den ersten integrierten Schaltungsdie von dem Formmaterial.According to another embodiment, a semiconductor device comprises a first integrated circuit die; a front side redistribution structure on a front side of the first integrated circuit die; a backside redistribution structure on a backside of the first integrated circuit die; a molding material encapsulating the first integrated circuit die between the front side redistribution structure and the back side redistribution structure, the molding material having a thermal conductivity greater than 40 W/m•K; a via that is itself extending through the molding material, wherein the via is electrically coupled to the front redistribution structure and the back redistribution structure; and an insulating layer covering sidewalls of the via, the insulating layer separating the via from the molding material. In one embodiment, the molding material includes conductive particles selected from copper (Cu), silicon (Si), silver (Ag), gold (Au), iron (Fe), and tungsten (W), and the molding material includes the conductive particles in a concentration of 70 to 95% by volume. In one embodiment, the molding material has a thermal conductivity between 40 W/m•K and 100 W/m•K and the insulating layer has a thermal conductivity lower than the thermal conductivity of the molding material. In one embodiment, the insulating layer comprises at least one of the following materials: aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), beryllium oxide (BeO), diamond, or aluminum oxide (Al 2 O 3 ). In one embodiment, the semiconductor device further comprises an interconnection die bonded to the first integrated circuit die by metal-to-metal bonds and oxide-to-oxide bonds. In one embodiment, the molding material physically contacts the front side redistribution structure, the back side redistribution structure, and the first integrated circuit die. In one embodiment, the insulating layer covers a top surface of the front side redistribution structure and a back and sidewalls of the first integrated circuit die, and the insulating layer separates the front side redistribution structure and the first integrated circuit die from the molding material.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Bilden einer Durchkontaktierung über einer Umverteilungsstruktur; das Bonden eines Halbleiterdies mit der Umverteilungsstruktur, die zu der Durchkontaktierung benachbart ist; das Abscheiden einer Isolierschicht über der Durchkontaktierung, der Umverteilungsstruktur und dem Halbleiterdie, wobei die Isolierschicht die Durchkontaktierung, die Umverteilungsstruktur und den Halbleiterdie elektrisch voneinander isoliert; und das Vorbereiten einer Formmasse durch Mischen eines Epoxids und leitfähiger Füllmaterialien, wobei die leitfähigen Füllmaterialien 70 bis 95 Vol.-% des Formmaterials ausmachen; das Aufbringen dem Formmaterial über der Isolierschicht, wobei das Formmaterial eingerichtet ist, Wärme von dem Halbleiterdie zu leiten. In einer Ausführungsform wird die Isolierschicht durch einen konformen Abscheidungsprozess abgeschieden. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Planarisieren des Formmaterials und der Isolierschicht, um die Durchkontaktierung zu belichten. In einer Ausführungsform umfasst das Bonden des Halbleiterdies mit der Umverteilungsstruktur das Aufschmelzen von leitfähigen Verbindern zwischen dem Halbleiterdie und der Umverteilungsstruktur und das Bilden eines Unterfüllungsmaterials, das die leitfähigen Verbinder umschließt, wobei die Isolierschicht auf den Seitenwänden des Unterfüllungsmaterials abgeschieden wird. In einer Ausführungsform umfasst das Bonden des Halbleiterdies mit der Umverteilungsstruktur das Bilden von Oxid-zu-Oxid-Bindungen und Metall-zu-Metall-Bindungen zwischen dem Halbleiterdie und der Umverteilungsstruktur. In einer Ausführungsform umfasst das Bonden des Halbleiterdies mit der Umverteilungsstruktur das Bonden eines Diestapels mit der Umverteilungsstruktur, wobei der Diestapel den Halbleiterdie und einen Verbindungsdie umfasst und die Isolierschicht ferner auf dem Verbindungsdie abgeschieden ist.According to another embodiment, a method includes forming a via over a redistribution structure; bonding a semiconductor die to the redistribution structure adjacent to the via; depositing an insulating layer over the via, the redistribution structure, and the semiconductor die, the insulating layer electrically isolating the via, the redistribution structure, and the semiconductor die from one another; and preparing a molding compound by mixing an epoxy and conductive fillers, the conductive fillers being 70 to 95% by volume of the molding material; applying the molding material over the insulating layer, the molding material configured to conduct heat away from the semiconductor die. In one embodiment, the insulating layer is deposited by a conformal deposition process. In one embodiment, the method further includes planarizing the molding material and the insulating layer to expose the via. In one embodiment, bonding the semiconductor die to the redistribution structure includes reflowing conductive interconnects between the semiconductor die and the redistribution structure and forming an underfill material enclosing the conductive interconnects, with the insulating layer being deposited on the sidewalls of the underfill material. In one embodiment, bonding the semiconductor die to the redistribution structure includes forming oxide-to-oxide bonds and metal-to-metal bonds between the semiconductor die and the redistribution structure. In one embodiment, bonding the semiconductor die to the redistribution structure includes bonding a diestack to the redistribution structure, wherein the diestack includes the semiconductor die and an interconnection die, and the insulating layer is further deposited on the interconnection die.
Obiges umschreibt Elemente mehrerer Ausführungsformen, mit denen Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte dieser Offenbarung besser verstehen. Fachleute auf dem Gebiet sollten verstehen, dass sie diese Offenbarung leicht als Grundlage für das Design oder die Änderung anderer Prozesse und Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke auszuführen und/oder dieselben Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute auf dem Gebiet sollten außerdem verstehen, dass solche entsprechenden Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang dieser Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hieran vornehmen können, ohne vom Geist und Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.The above delineates elements of several embodiments that will allow those skilled in the art to better understand aspects of this disclosure. Those skilled in the art should understand that they can readily use this disclosure as a basis for designing or modifying other processes and structures to carry out the same purposes and/or achieve the same advantages of the embodiments introduced herein. It should also be understood by those skilled in the art that such corresponding constructions do not depart from the spirit and scope of this disclosure and that they can make various changes, substitutions and modifications thereto without departing from the spirit and scope of this disclosure.
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